[发明专利]一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及储能系统领域以及电力电子变换器领域，具体涉及一种多 绕组谐振独立电流控制的电池储能系统。

背景技术

随着环境污染、气候变暖以及化石燃料储量的大幅度降低，利用可再 生能源发电成为研究热点。新能源发电大规模并网的不稳定性、间歇性、 不可预测性将会给电力系统的稳定运行带来新的挑战，而储能是应对这一 挑战的最佳技术之一。其中，电池储能以其安装方便快捷、建造周期短、 扩容改造(模块化)方便等优势，已经得到了广泛应用。

现有的模块化电池储能系统通常采用全功率独立控制型柔性成组储 能系统。其主要有三种拓扑结构：H桥级联型柔性成组储能系统、模块化 多电平变流器(MMC，modular-multilevel-converter)电池储能系统和DC- DC级联型柔性成组系统。在这现有的三种全功率独立控制柔性成组系统 中，不论模块电池电流差异的大小，电池模块的全部充放电电流都要流过 各自的变流器开关器件，造成器件电流应力大，导通损耗大等功率损耗， 特别是在系统容量增加到较大基数时，问题更加突出。考虑到现阶段各电 池模块容量基本在一定范围内波动，即使是梯次利用电池，容量差异也不 会太大，没有必要对全部电池的电流进行独立控制。因此，目前亟待提出 了一种结合软开关技术，更加高效、安全的部分功率独立电流控制的柔性 成组储能系统，减小变流器的损耗和成本，以提高电池模块的能量利用率。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种多绕组谐振独立电流控制的 电池储能系统，以解决现有全功率模块化柔性成组系统中，开关器件流过 电池模块的全部充放电电流而导致器件电流应力大、成本高，同时避开开 关器件电压和电流重合而导致开关网络的导通损耗大的问题。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，所述的电池储能系统 包括：

电池单元，所述的电池单元包括串联的多组电池模块；

主功率变换器，与所述的电池单元并联，所述的主功率变换器用于控 制所述的电池单元的主电流，且主功率变换器接入三相交流电网，其中， 主电流是指所有电池模块电流的相同部分；以及

辅助功率变换器，与多组电池模块连接，用于对各组电池模块的充放 电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，其中，充放电电流与主电流的 差值为主电流的5％-20％，以适应不同电池模块之间存在的差异，使每个 电池模块都能工作在最佳状态；

所述的主功率变换器通过矢量控制对主电流进行控制，所述的辅助功 率变换器为双向隔离DC-DC变换器，通过引入同步控制策略对各电池模 块的充放电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，从而实现对多组电池 模块充放电电流的独立控制。

进一步地，所述的主功率变换器为并网逆变器结构，包括：

第一电容器210，与所述的电池单元并联；以及

第一开关管Q₁至第六开关管Q₆，所述的第一开关管Q₁至所述的第六开 关管Q₆的每个开关管分别反并联一个二极管，第一开关管Q₁的第一端连接 在第一电感器的第一端，而第一开关管Q₁的第二端连接在电池单元的正极； 第二开关管Q₂的第二端连接在第一电感器的第一端，而第二开关管Q₂的第 一端连接在电池单元的负极；第三开关管Q₃的第一端连接在第二电感器的 第一端，而第三开关管Q₃的第二端连接在电池单元的正极；第四开关管Q₄的第二端连接在第二电感器的第一端，而第四开关管Q₄的第一端连接在电 池单元的负极；第五开关管Q₅的第一端连接在第三电感器的第一端，而第 五开关管Q₅的第二端连接在电池单元的正极；第六开关管Q₆的第二端连接 在第三电感器的第一端，而第六开关管Q₆的第一端连接在电池单元的负极， 第一电感器、第二电感器和第三电感器的第二端分别接入三相交流电网的 一相U_a、U_b、U_c。

进一步地，所述的第一开关管Q₁至所述的第六开关管Q₆是绝缘栅双极 晶体管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管，并根据不同电压等级的应用 场合选用合适的功率开关管。